JP2013080130A - 赤外線光学系、赤外線撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】物体側より順に配された第1レンズ10、第2レンズ11、第3レンズ12の3枚のレンズで構成し、第1レンズ10と第3レンズ12は無機材料からなる正のパワーをもつ球面レンズとし、第2レンズ11は樹脂材料からなるメニスカス形状の両面非球面レンズとし、第1レンズ10から前記第3レンズ12の間に開口絞り13を設ける。無機材料からなる第1,第3レンズについては球面レンズを用い、第2レンズに樹脂材料による非球面レンズ用いることによって、加工コストを抑えながら収差補正している。また、樹脂材料によれば、第2レンズの薄型化も容易であり、従って高透過率(対赤外光)の実現も容易である。
【選択図】図18
Description
そこで、ゲルマニウムに比して透過率は低下するものの、比較的安価なレンズ材料として、例えばシリコン(Si)、硫化亜鉛(ZnS)、セレン化亜鉛(ZnSe)、さらにはカルコゲンとゲルマニウムなどを化合したカルコゲナイドガラスといった無機結晶性材料が用いられている。
硫化亜鉛(ZnS)とカルコゲナイドガラスはプレス成形も検討されているが、遠赤外用レンズおよび光学系の低価格供給には至っていないのが現状である。
例えば上記特許文献1には、Geレンズ3枚を用いた光学系が開示されている。当該光学系では、画角30度以上で非常によい光学特性を示している。
また、特許文献1ではレンズ形状を球面にすることで、加工コストも抑制している。
しかしながら、材料であるGeが非常に高価なものであり、安価なデバイスには結びつかない。
さらに、ZnSは色収差が比較的大きいため、特許文献2,3では回折構造を用いて色補正を行っているが、この点でも加工の難度や加工時間を要するものとなり、低コスト化が困難となる。
このとき、遠赤外線デバイスの用途を広げていくためには、広画角化が望まれ、また撮像の感度を考慮すると光学系は少ない枚数のレンズで構成されていることが望ましい。具体的に、画角については少なくも25度を超えることが望ましく、また光学系のレンズ枚数は少なくとも3枚に抑えることが望ましい。
つまり、本技術の赤外線光学系は、物体側から像面側にかけて配置された第1レンズ、第2レンズ、第3レンズの3枚のレンズで構成される。
そして、前記第1レンズ及び前記第3レンズが、無機材料で構成された正の屈折力を有する球面レンズとされる。
また、前記第2レンズが、樹脂材料で構成されたメニスカス形状の両面非球面レンズとされる。
さらに、前記第1レンズから前記第3レンズの間に開口絞りが設けられているものである。
すなわち、本技術の赤外線撮像装置は、前記本技術の赤外線光学系を備えると共に、前記赤外線光学系により集光された赤外光を検出する赤外線検出部と、前記赤外線検出部により得られた赤外線検出信号に基づき赤外線撮像画像信号を得る画像信号取得部とを備えるものである。
また一方で、透過光量を確保するためには、前述のように使用レンズ枚数の削減や、レンズ厚を薄くすることが望ましい。
また、良好な光学特性の実現のためには、各種収差が適正に抑制される必要がある。収差補正にあたっては非球面を用いることが有効である。
上記のように本技術の光学系は、物体側より順に配された第1レンズ、第2レンズ、第3レンズの3枚のレンズで構成され、第1レンズと第3レンズは無機材料からなる正のパワーをもつ球面レンズであり、第2レンズは樹脂材料からなるメニスカス形状の両面非球面レンズとされる。
ここで、第1,第3レンズを構成する無機材料は、硝種によらず、非球面形状にする場合に加工コストがかかる。このため本技術では、これら第1,第3レンズについては、凸レンズとして機能させるための面形状に球面形状のみを使用する球面レンズを用い、それにより加工コストを抑えるものとしている。
但し、球面レンズ2枚のみでは、Fナンバーが小さく、画角が広くなるような光学系では収差を補正しきれない。そこで、第2レンズに樹脂材料による非球面レンズ用いることによって、収差を補正している。樹脂レンズであれば、射出成型やプレス成形などを使用することにより、低コストで非球面形状を実現することが可能となる。
また、樹脂材料によれば、第2レンズの薄型化も容易であり、従って高透過率(対遠赤外光)の実現も容易である。
なお、説明は以下の順で行う。
<1.実施の形態としての赤外線光学系及び赤外線撮像装置>
[1-1.赤外線撮像装置の構成]
[1-2.実施の形態の赤外線光学系の概要]
<2.具体的な実施例>
[2-1.実施例1]
[2-2.実施例2]
[2-3.実施例3]
[2-4.実施例4]
[2-5.実施例5]
[2-6.実施例6]
<3.変形例>
[1-1.赤外線撮像装置の構成]
図1は、本技術の赤外線撮像装置の一実施形態としての、赤外線撮像装置1の内部構成を示したブロック図である。
この図1に示すように、赤外線撮像装置1は、光学ブロック2、イメージセンサ(イメージャ)3、画像信号取得部4、及び画像信号処理部5を有して構成される。
赤外線検出信号を得るにあたってイメージセンサ3が備えるべき赤外線検出素子としては、例えば焦電素子を用いたものを挙げることができる。或いは、ゼーベック効果を生じさせる熱電対を接続したサーモパイル型、温度上昇による抵抗値の変化を利用したボロメータ型などの赤外線検出素子を用いることもできる。
なお、赤外線検出素子についてはこれらに限定されるべきものでなく、赤外線を検出できるものであればその種類は問わない。
焦電素子による赤外線検出素子が設けられる場合、イメージセンサ3に入射する赤外光を周期的に遮蔽するためのシャッタを設けることになる。これは、焦電素子が、温度自体に応じた値を出力するものではなく、温度差(温度変化)に応じた値を出力する素子とされることに対応させるためである。すなわち、上記シャッタにより赤外光の周期的な照射状態/遮蔽状態を作り出すことにより意図的に温度差を発生させ、それにより、静止状態の物体についても、適正な温度分布画像(赤外線撮像画像)が得られるようにするものである。
なお、上記シャッタの具体的な形成位置については後述する。
画像信号処理部5からの出力は、図示しないがインターフェース等を介して、撮像装置の外部のディスプレイ(画像表示装置)等に送られる。
図2は、光学ブロック2の内部構成の概要について説明するための図である。
なお図2では光学ブロック2内部の概要と共にイメージセンサ3も併せて示している。
また、光学ブロック2には、第1レンズ10〜第3レンズ12の何れかの間に、開口絞り13が設けられる。図2では一例として、第1レンズ10と第2レンズ11との間に開口絞り13が形成される場合を示している。これは、後述する実施例1,4,5,6に対応するものである。
また、シリコンは、ゲルマニウムに比して赤外光透過率は低下するものの、比較的安価なレンズ材料であり、この点でもコスト削減が図られる。
ここで、第1レンズ10及び第3レンズ12としての球面レンズ2枚のみでは、Fナンバーが小さく、画角が広くなるような光学系では収差を補正しきれない。そこで、第2レンズ11に樹脂材料による非球面レンズ用いることによって、収差を補正している。樹脂レンズであれば、射出成型やプレス成形などを使用することにより、低コストで非球面形状を実現することができる。
また、樹脂材料はゲルマニウム等に比して非常に安価であり、この点でもコスト削減が図られる。
また、樹脂材料によれば、第2レンズの薄型化も容易であり、従って高透過率(対赤外光)の実現も容易である。
この点に鑑み本実施の形態では、樹脂製の第2レンズ11を、前述のように無機材料で構成された第1レンズ10及び第3レンズ12により挟み込むように配置し、なおかつ、これら第1レンズ10〜第3レンズ12を同一鏡筒内に収めるものとしている。
該構成によれば、鏡筒の端部に位置する第1レンズ10・第3レンズ12以外のレンズは、可視光の直接的な照射を受けることはなくなる。このため、第1レンズ10・第3レンズ12として例えば前述のシリコン等の可視光領域の透過率が低い結晶質材料を用いることで、樹脂製の第2レンズ10を可視光から有効に保護することができる。
この結果、経時的な性能劣化の防止が図られ、より安定な赤外線光学系を実現することができる。
このとき、樹脂製の第2レンズ11について、そのフランジ(外周部)を物体側・像面側の双方で平面を有する形状に作成すれば、当該フランジの平面を利用して、スペーサを介して3枚のレンズを所定間隔で鏡筒内に収めることができる(実施例2〜実施例6の構成)。
このように第1レンズ10〜第3レンズ12の何れかの間に開口絞り13を設けることで、例えば25°以上など比較的画角の広い構成とした場合に、第1レンズ10と第3レンズ12における、光線が通過する有効径がほぼ同じとなるようにできる。結果、第1レンズ10又は第3レンズ12の何れかが大口径レンズとなることを防ぐことができる。
ここで、色分散による影響は、レンズの焦点距離が短いほど小となる。
このとき、使用するイメージャのサイズが一定であるとすれば、広画角化にあたっては、焦点距離を短く設定すればよいことになる。このことによれば、例えば画角=25°以上としての比較的広画角を設定する本実施の形態の光学系では、その分短い焦点距離が設定されることとなる。具体的に本例の場合、焦点距離は18mm程度以下である。
この点、及び上記のように色分散が小であるシリコンレンズを用いている点より、本実施の形態の光学系では、特段、色収差補正機構(例えば回折構造)を設けずとも、波長8μm〜12μmの遠赤外線光を色分散の影響少なく適正に集光することができる。
本例の場合、当該シャッタは、開口絞り13の形成位置に配置するものとしている。
このようにシャッタ位置を開口絞り位置とすることで、物体から発せられる各画角の光線を同時に遮光(遮蔽)することができ、シャッタの開閉に伴うイメージセンサ3上での光量ムラ(つまり赤外線撮像画像における輝度ムラ)を効果的に抑えることができる。
ここで、樹脂製による第2レンズ11は、一般的に赤外線吸収率が高く、また吸収率=放射率とみなせることから、第2レンズ11からは多くの熱量が放射されることになる。赤外線撮像装置において、光学系からイメージャに熱が発せられることは、S/Nを悪化させることを意味するが、上記のように開口絞り13を第1レンズ10と第2レンズ11との間に設け、そこにシャッタを設置すると、第2レンズ11から発せられる熱量は当該シャッタによって遮蔽されることがなくなり、結果、イメージセンサ3の出力に影響を与えなくなる。つまり、第2レンズ11として樹脂レンズを使用しても、当該第2レンズ11より物体側にシャッタを設置することによって、その放熱に伴うS/Nへの影響を抑えることができるというものである。
この結果、物体からイメージセンサ3に入る信号と、樹脂製の第2レンズ11からイメージセンサ3に入るノイズの大きさがほぼ等しいような構成となっていても、十分出力を得ることが可能となる。
このため本例では、第2レンズ11の材料として、樹脂の中では比較的赤外線透過率の高いポリエチレン(PE)を使用することとしている。
このとき、耐熱性・耐衝撃性を考慮すると、高分子量ポリエチレンを使用することが望ましいものとなる。
ここで、透過率は、レンズ内を透過する光の光線長が大となるほど低くなると言える。このため、透過率を高めるにあたっては、レンズ内を透過する赤外光の最大光線長(レンズ内を透過する光のうち光線長が最大となる光の光線長)が小となるように、レンズの厚さを設定すべきである。換言すれば、樹脂製の第2レンズ11については、その内部を透過し結像に寄与する光線の最大光線長が小となるように構成すべきである。
具体的に、上記最大光線長としては、2.0mm以下とすることが望ましいことが判明した。
先ず、赤外線光学系で考慮すべき性能としては、解像力と温度分解能とがある。
解像力は、対象物体の構造をどれだけ細かい部分まで結像できるかという性能であり、指標としてMTF(Modulation Transfer Function)値がよく用いられる。光学系のMTFは、収差等に起因する集光性能の劣化により値が決まるが、イメージャを含めた赤外線撮像装置として性能を評価するには、イメージャの画素ピッチや感度も重要な要素となる。光学系でいかに収差なく集光しても、感知できるだけの光線又は電磁波がイメージャに到達しなければ、温度分布を検知することはできないからである。これはつまり、光学系の透過率も、装置全体のMTFには影響を与えることを意味する。
先ず、図3に示すように、温度Tの物体を、温度Sのレンズを介して、イメージャ上に集光することを考える。レンズの焦点距離をf、物体−レンズ間の距離をM×f(Mは倍率)、レンズ半径をrとする。
図3より、物体上の微小面積からレンズを臨む立体角SAsigは、その円錐の半頂角をθとして、
となる。
1辺aのイメージャ単画素に入射するフォトン数Psigは、物体上の1辺Ma(M×a)の領域から飛来することになるので、放射量が物体温度T[K]の4乗に比例するというプランクの法則を使い、物体の放射率をR、レンズの平均透過率をpとすると、
と求められる。
となる。
また、レンズの放射率は(1−p)となるので、
となる。
なおこの[式5]から明らかなように、測定する対象の温度Tが高温になるほど、レンズに求められる透過率の下限は低くなるものである。
指数関数によりフィッティングすると、ポリエチレンの透過率t(d)は以下の[式6]で表される。
ここで、dはポリエチレンの厚さ[mm]である。
となる。
ここで、rは最外周で規格化し、0〜1の値を取るとする。
最大光線長hが2.0mmとなるとき、レンズ全体の透過率は42.7%となる。
ここで、この値は、先の[式5]で求めた、物体からの信号がレンズからのノイズより大きな出力を得る透過率の値と一致するものである。
この点より、最大光線長hを2.0mm以下に抑えるべきであるということが分かる。
この点を考慮すると、最大光線長hについては少なくとも0.3mm以上とすることが望ましい。すなわち、最大光線長hは0.3mm以上2.0mm以下であることが望ましい。
ここで、近年では温度センサや人感センサとして、遠赤外線を利用したデバイスが用いられるようになってきたが、解像度が低い構成であり、サーモビュワーやナイトビジョンシステムのように撮像対象の形状まで結像するような光学系を有するデバイスは、限られている。今後、遠赤外デバイスの用途を広げていくためには、光学系の広画角化が必要である。具体的には、少なくとも画角25°を越えるものが望ましい。
後述する具体的な実施例においては、この点を考慮して光学系の設計を行っている。
また、温度分布測定等の解像度の必要な用途においては、集光量を上げ分解能をあげるためにFナンバー=1.3以下とすることが望ましい。
以下の各実施例においては、このようなFナンバーに係る要請についても考慮して光学系の設計を行った。
[2-1.実施例1]
図6は、実施例1としての光学ブロック2の構成を示している。
なお図6において、図中の面Simgは、図1(及び図2)に示したイメージセンサ3の撮像面を表す。
また図6では赤外光の光線も併せて示している。
図中の短破線で示す光線は像高0mmに集光する光線を表し、丸破線で示す光線は像高1.5mmに集光する光線を表している。
また実線で示す光線は像高3.5mmに、長破線で示す光線は像高5.0mmにそれぞれ集光する光線を表す。
ここで、本例では、イメージセンサ3の直前位置に平坦な部材によるカバーガラス14を設けることとしている。このカバーガラス14は、イメージセンサ3の撮像面保護のために設けられるものである。
当該カバーガラス14としても、Si製とする(赤外光を透過させるため)。
第2レンズ11は、両面とも非球面形状をもち、像面側に凸となるメニスカス形状レンズである。
また第3レンズ12は、物体面側に球面形状、像面側に平面形状を有する平凸レンズとされ、正の屈折力を有する。
また、第1レンズ10と第2レンズ11との間に開口絞り13が設けられた上で、開口絞り位置にシャッタが配置された構成とされていることで、樹脂製の第2レンズ11に吸収された熱に起因するS/Nの悪化の防止が図られる。
ここで、非球面レンズに関して、レンズ面の凹凸は、半径rを用いて次のように表される。
ただし、Z(r)は光軸を中心としたときの半径rの点におけるレンズ面の高さを示す。面の高さは、物体側を負、像面側を正としている。Rは曲率半径、kは離心率、A4、A6、A8、A10、・・・は非球面係数である。
面S1、面S2は、第1レンズ10の物体側の面、像面側の面をそれぞれ表す。面S3は開口絞り13の面を表し、面S4、面S5はそれぞれ第2レンズ11の物体側の面、像面側の面を表す。また、面S6、面S7は第3レンズ12の物体側の面、像面側の面である。さらに面S8、面S9はカバーガラス(CG)14の物体側の面、像面側の面である。これら面S8,S9は共に平坦面となる。
また、面S10=面Simgである。
また、開口絞り13の直径は12.98mm、焦点距離は14.9mmとし、Fナンバー=1.09、水平画角30.1°を実現している。
具体的にこの図では、各像高における特性を横軸を空間周波数(lines/mm)、縦軸をOTF(Optical Transfer Function)として表している。
なおこの図においても像高0mmが短破線、像高1.5mmが丸破線、像高3.5mmが実線、像高5.0mmが長破線である。また、図中「T」の表記はタンジェンシャル値を意味し、「S」の表記はサジタル値を意味する。
ポリエチレンは、シリコンに比べ透過率が低い材質ではあるが、ポリエチレンレンズの使用を1枚に抑え、第2レンズ11の最大光線長を1.17mm(つまり2.0mm以下)に抑えることにより、透過率の低下を抑制している。さらに焦点距離を14.9mmと短くすることにより、色収差の影響を抑えつつ、波長8〜12μm帯において十分な分解能性能を得ることができている。
図9は、実施例2としての光学ブロック2の構成を示している。
なお、図9においても各像高(0mm、1.5mm、3.5mm、5.0mm)に集光する赤外光の光線を併せて示している。この場合も像高0mm=短破線、像高1.5mm=丸破線、像高3.5mm=実線、像高5.0mm=長破線となる。
但し実施例2では、開口絞り13の位置を、第2レンズ11と第3レンズ12との間としている。
この場合も、開口絞り13の位置が第1レンズ10〜第3レンズ12の何れかの間とされていることで、第1レンズ10又は第3レンズ12の有効径が大きくならないようにしている。
また第3レンズ12は両面に球面をもち、像面側に凸となるメニスカス形状レンズとされる。
なお、第1レンズ10及び第3レンズ12は共に正の屈折力を有する。
また第2レンズ11は、この場合も両面非球面形状であり、像面側に凸となるメニスカスレンズである。
このように各レンズの外径を揃え、スペーサを用いた収納とすることで、レンズ間の偏芯を抑えた組立てを容易に実現することができる。
なお、この点については、以降で説明する実施例3〜実施例6においても同様である。
なお、面番号の定義は、実施例1の場合との比較で以下のように変更となる。
すなわち本実施例の場合、面S3、面S4がそれぞれ第2レンズ11の物体側面、像面側面となり、面S5が開口絞り13の面となる。
なおこの場合としても、第1レンズ10及び第3レンズ12で用いるシリコンの屈折率、及び第2レンズ11で用いるポリエチレンの屈折率については実施例1の場合と同様となる。また焦点距離も実施例1の場合と同様である。
この場合、開口絞り13の直径は13.24mmであり、Fナンバーは1.11である。水平画角については実施例1の場合と同様の30.1°である。
なおこの図においても横軸=空間周波数(lines/mm)、縦軸=OTFである。
そしてこの場合も、ポリエチレンレンズの使用を1枚に抑え、第2レンズ11の最大光線長は1.96mmに抑えることにより、透過率の低下を抑制している。さらに焦点距離を14.9mmと短くすることにより、色収差の影響を抑えつつ、波長8〜12μm帯において十分な分解能性能を得ることができている。
図12は、実施例3としての光学ブロック2の構成を示している。
なお、図12においても、各像高(0mm、1.5mm、3.5mm、5.0mm)に集光する赤外光の光線を併せて示している。この場合も像高0mm=短破線、像高1.5mm=丸破線、像高3.5mm=実線、像高5.0mm=長破線である。
また第2レンズ11は、先の実施例2の場合と同様に両面とも非球面形状をもち、像面側に凸となるメニスカスレンズとされ、そのフランジには物体側・像面側共に平面を有する。
なお、面番号の定義は実施例2の場合と同様である。
またこの場合、面S0としての物体面は、第1レンズ10から9000mm離れた位置に設定している。
本実施例の場合、開口絞り13の直径は13.75mmであり、Fナンバー1.06、水平画角については実施例1,2と同様に30.1°を実現している。
なおこの図においても横軸=空間周波数(lines/mm)、縦軸=OTFである。
この場合もポリエチレンレンズの使用を1枚に抑え、第2レンズ11の最大光線長については1.68mmに抑えることにより、透過率の低下を抑制している。
さらに焦点距離を14.9mmと短くすることにより、色収差の影響を抑えつつ、波長8〜12μm帯において十分な分解能性能を得ることができている。
図15は、実施例4としての光学ブロック2の構成を示している。
なお、図15においても、各像高(0mm、1.5mm、3.5mm、5.0mm)に集光する赤外光の光線を併せて示している。この場合も像高0mm=短破線、像高1.5mm=丸破線、像高3.5mm=実線、像高5.0mm=長破線である。
また第2レンズ11は、先の実施例2の場合と同様に両面とも非球面形状を有するが、この場合は物体側に凸となるメニスカスレンズとされる。なおこの場合も、第2レンズ11のフランジは、実施例2の場合と同様に物体側・像面側共に平面を有するように加工されている。
また、第1レンズ10と第2レンズ11との間に開口絞り13が設けられた上で、開口絞り位置にシャッタが配置された構成とされていることで、樹脂製の第2レンズ11に吸収された熱に起因するS/Nの悪化の防止が図られる。
なお、面番号の定義は実施例1の場合と同様である。
またこの場合、面S0としての物体面は、実施例1の場合と同様に第1レンズ10から9000mm離れた位置に設定している。
本実施例の場合、開口絞り13の直径は12.24mmであり、Fナンバーは1.06である。水平画角については30.1°と、実施例1,2と同様の数値を実現している。
なおこの図においても横軸=空間周波数(lines/mm)、縦軸=OTFである。
この場合もポリエチレンレンズの使用を1枚に抑え、第2レンズ11の最大光線長については1.70mmに抑えることにより、透過率の低下を抑制している。
さらに焦点距離を14.9mmと短くすることにより、色収差の影響を抑えつつ、波長8〜12μm帯において十分な分解能性能を得ることができている。
図18は、実施例5としての光学ブロック2の構成を示している。
なお、図18においても各像高(0mm、1.5mm、3.5mm、5.0mm)に集光する赤外光の光線を併せて示している。この場合も像高0mm=短破線、像高1.5mm=丸破線、像高3.5mm=実線、像高5.0mm=長破線である。
この場合、第1レンズ10、第3レンズ12としてはゲルマニウム(Ge)製のレンズを用いる。
第2レンズ11については本実施例の場合も高分子量ポリエチレンレンズを用いる。またカバーガラス14も先の各実施例と同様のシリコン製のものを用いる。
また第2レンズ11は、両面とも非球面形状をもち、物体側に凸となるメニスカスレンズとされる。そしてそのフランジは、先の実施例2の場合と同様に物体側・像面側共に平面を有するように加工されている。
また、第1レンズ10と第2レンズ11との間に開口絞り13が設けられた上で、開口絞り位置にシャッタが配置された構成とされていることで、樹脂製の第2レンズ11に吸収された熱に起因するS/Nの悪化の防止が図られる。
なお、面番号の定義は実施例1の場合と同様である。
またこの場合、面S0としての物体面は、第1レンズ10から80000mm離れた位置に設定している。
なお、第2レンズ11で用いるポリエチレンの屈折率、及び焦点距離については先の各実施例の場合と同様となる。
また本実施例の場合、開口絞り13の直径は11.58mmであり、Fナンバーは1.06である。水平画角については先の各実施例と同様に30.1°を実現している。
なおこの図においても横軸=空間周波数(lines/mm)、縦軸=OTFである。
この場合もポリエチレンレンズの使用を1枚に抑え、第2レンズ11の最大光線長については1.48mmに抑えることにより、透過率の低下を抑制している。
さらに焦点距離を14.9mmと短くすることにより、色収差の影響を抑えつつ、波長8〜12μm帯において十分な分解能性能を得ることができている。
図21は、実施例6としての光学ブロック2の構成を示している。
なお、図21においても、各像高(0mm、1.5mm、3.5mm、5.0mm)に集光する赤外光の光線を併せて示している。この場合も像高0mm=短破線、像高1.5mm=丸破線、像高3.5mm=実線、像高5.0mm=長破線である。
また第2レンズ11は、両面とも非球面形状をもち物体側に凸となるメニスカス形状レンズとされ、そのフランジには、先の実施例2と同様に物体側・像面側共に平面が形成される。
また、第1レンズ10と第2レンズ11との間に開口絞り13が設けられた上で、開口絞り位置にシャッタが配置された構成とされていることで、樹脂製の第2レンズ11に吸収された熱に起因するS/Nの悪化の防止が図られる。
なお、面番号の定義は実施例1の場合と同様である。
またこの場合、面S0としての物体面は、第1レンズ10から80000mm離れた位置に設定している。
本実施例の場合、開口絞り13の直径は11.98mmであり、Fナンバー1.06、水平画角については各実施例と同様の30.1°を実現している。
なおこの図においても横軸=空間周波数(lines/mm)、縦軸=OTFである。
この場合もポリエチレンレンズの使用を1枚に抑え、第2レンズ11の最大光線長については1.55mmに抑えることにより、透過率の低下を抑制している。
さらに焦点距離を14.9mmと短くすることにより、色収差の影響を抑えつつ、波長8〜12μm帯において十分な分解能性能を得ることができている。
以上、本技術の赤外線光学系及び赤外線撮像装置の実施の形態について説明したが、本技術としてはこれまでで説明した具体例に限定されるべきものではない。
例えば、各実施例においては、第2レンズ11で用いる樹脂材料としてポリエチレンを例示したが、これに限るものではなく、遠赤外領域での透過率を改善した樹脂材料であれば他の樹脂材料を適用可能である。
具体的に、第2レンズ11として用いる樹脂材料としては、例えば厚さ2.0mmでの透過率(波長8μm〜12μm)が20%以上となるような比較的高透過率の特性によるものを用いればよい。
(1)
物体側から像面側にかけて配置された第1レンズ、第2レンズ、第3レンズの3枚のレンズで構成され、
前記第1レンズ及び前記第3レンズが、無機材料で構成された正の屈折力を有する球面レンズとされ、
前記第2レンズが、樹脂材料で構成されたメニスカス形状の両面非球面レンズとされると共に、
前記第1レンズから前記第3レンズの間に開口絞りが設けられている
赤外線光学系。
(2)
前記第2レンズは、その内部を透過し結像に寄与する光線の最大光線長が2.0mm以下となるように構成されている
前記(1)に記載の赤外線光学系。
(3)
前記第2レンズはポリエチレンで構成されている前記(1)又は(2)に記載の赤外線光学系。
(4)
前記開口絞り位置にシャッタが設けられている前記(1)〜(3)に記載の赤外線光学系。
(5)
前記開口絞りが前記第1レンズと前記第2レンズとの間に設けられ、且つ前記開口絞り位置にシャッタが設けられている
前記(1)〜(4)に記載の赤外線光学系。
(6)
前記第1レンズ、前記第3レンズは、平凸レンズ又はメニスカス形状レンズとされる前記(1)〜(5)に記載の赤外線光学系。
(7)
前記第1レンズと前記第3レンズが共に平凸レンズとされ、
前記第1レンズの凸面が物体側を向き、前記第3レンズの凸面が像面側を向いている
前記(1)〜(6)に記載の赤外線光学系。
(8)
前記第1レンズと前記第3レンズがシリコンで構成されている前記(1)〜(7)に記載の赤外線光学系。
(9)
前記(1)〜(8)の何れかに記載の赤外線光学系を備えると共に、
前記赤外線光学系により集光された赤外光を検出する赤外線検出部と、
前記赤外線検出部により得られた赤外線検出信号に基づき赤外線撮像画像信号を得る画像信号取得部と
を備える赤外線撮像装置。
Claims (9)
- 物体側から像面側にかけて配置された第1レンズ、第2レンズ、第3レンズの3枚のレンズで構成され、
前記第1レンズ及び前記第3レンズが、無機材料で構成された正の屈折力を有する球面レンズとされ、
前記第2レンズが、樹脂材料で構成されたメニスカス形状の両面非球面レンズとされると共に、
前記第1レンズから前記第3レンズの間に開口絞りが設けられている
赤外線光学系。 - 前記第2レンズは、その内部を透過し結像に寄与する光線の最大光線長が2.0mm以下となるように構成されている
請求項1に記載の赤外線光学系。 - 前記第2レンズはポリエチレンで構成されている請求項1に記載の赤外線光学系。
- 前記開口絞り位置にシャッタが設けられている請求項1に記載の赤外線光学系。
- 前記開口絞りが前記第1レンズと前記第2レンズとの間に設けられ、且つ前記開口絞り位置にシャッタが設けられている
請求項1に記載の赤外線光学系。 - 前記第1レンズ、前記第3レンズは、平凸レンズ又はメニスカス形状レンズとされる請求項1に記載の赤外線光学系。
- 前記第1レンズと前記第3レンズが共に平凸レンズとされ、
前記第1レンズの凸面が物体側を向き、前記第3レンズの凸面が像面側を向いている
請求項1に記載の赤外線光学系。 - 前記第1レンズと前記第3レンズがシリコンで構成されている請求項1に記載の赤外線光学系。
- 物体側から像面側にかけて配置された第1レンズ、第2レンズ、第3レンズの3枚のレンズで構成され、前記第1レンズ及び前記第3レンズが、無機材料で構成された正の屈折力を有する球面レンズとされ、前記第2レンズが、樹脂材料で構成されたメニスカス形状の両面非球面レンズとされると共に、前記第1レンズから前記第3レンズの間に開口絞りが設けられている赤外線光学系と、
前記赤外線光学系により集光された赤外光を検出する赤外線検出部と、
前記赤外線検出部により得られた赤外線検出信号に基づき赤外線撮像画像信号を得る画像信号取得部と
を備える赤外線撮像装置。
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